[发明专利]一种车轮热处理工艺

说明书

本发明公开了一种重载车轮的热处理工艺，包括步骤a.加热轧态车轮，步骤b.对车轮进行淬火，步骤c.车轮回火并冷却；重载车轮热处理工艺中包括用于对车轮进行淬火冷却的淬火冷却装置，淬火冷却装置包括用于支撑车轮的托辊平台、用于对车轮踏面和车轮辋面进行淬火冷却的喷嘴和为喷嘴提供淬火冷却的冷却机构，车轮放置在托辊平台，喷嘴沿托辊平台的圆周方向均匀分布，喷嘴与冷却机构连接，托辊转动带动车轮转动，淬火冷却液均匀的喷在车轮踏面和车轮辋面上。本发明车轮淬火冷却方式及热处理工艺，可使常规高碳钢AAR‑C，在保持显微组织仍为细珠光体+少量铁素体的前提下，使车轮同时兼备高硬度、高韧性、高塑性，以满足40吨轴重的重载车轮耐磨性及安全性。

技术领域

本发明属于铁道车辆用车轮的热处理技术领域，具体涉及一种车轮热处理工艺。

背景技术

近年来，世界铁路货运向着重载化方向快速发展，提高轴重是重载列车降低运行成本、增加运能的最有效措施，是今后世界各国铁路重载运输的趋势。重载运输在以矿物货运为主的澳大利亚等国家非常普遍，其铁路重载列车的轴重已普遍达到了35t以上，对车轮耐磨性、抗接触疲劳强度的要求越来越高，其材质主要采用高强度、高硬度的碳素钢，即北美AAR M-107标准中C级钢(0.67％-0.77％)(即AAR-C车轮，表面硬度321-363HBW)；C级微合金化钢(即AAR-C+，其表面硬度341-388HB)；D级钢(0.67％-0.77％)(即AAR-D车轮，表面硬度341-415HBW，延伸率＞14％)。

本次40吨轴重的重载车轮，在C含量0.67-0.77％范围内，不仅要求表面强硬度达到341-388HB的高硬度；且提出轮辋常温冲击功Aku5单值≥8J的高韧性要求、延伸率A＞14％的高塑性要求，其具体的力学性能如表1所示：

表1 40吨轴重重载车轮的机械性能要求

冲击韧性是指材料在冲击载荷作用下吸收塑性变形功和断裂功的能力，反映材料内部的细微缺陷和抗冲击性能，冲击韧度指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向，是反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力。为了提高车轮的抗冲击性能，保证车轮的安全运行，在一些国家标准中都有规定，例如：EN13262标准ER9钢(C≤0.60％)轮辋常温冲击功Aku5单值≥9J，UIC 812-3-84标准R9T钢(C≤0.60％)轮辋常温冲击功单值≥9J；印度IRS R-34-15标准的B级钢(C：0.57-0.67％)常温冲击功单值≥9J，但《AAR M-107/M-208碳素钢车轮标准》中对Class C、ClassD车轮钢平未提出轮辋冲击功要求，因此40吨轴重的高硬度重载车轮(C：0.67-0.77％)轮辋常温冲击功A ku5≥8J的要求高，较难满足。

从材料学及车轮钢的角度考虑，强硬度与冲击韧性为一对相互制约的指标，即车轮材料硬度越高，则冲击韧性、塑性指标相应降低。而随着铁路重载货运的快速发展需求，屈役车轮必须具有高硬度、高强度的同时，其塑性、韧性指标也相应提高，而目前生产的车轮钢无法满足技术要求：(1)若在AAR-C级钢基础上进行微合金化以大幅提高车轮强硬度，可满足车轮表面硬度341-388HBW，但其冲击韧性指标明显降低，根据AAR-C+钢(微合金钢)性能数据统计，其A ku5单值仅能达到6J，延伸率A仅为12.5％，根本无法满足高塑韧性要求；(2)若常规AAR M-107标准中AAR-C材质采用车轮踏面淬火热处理方式，其轮辋冲击功平平值为13J，延伸率A达到16％，但表面硬度仅330HB，根本无法满足高硬度要求，且断面硬度、强度偏下限，不能满足车轮耐磨性要求。

发明内容

本发明针对背景技术中的情况，将高硬度、高韧性、高塑性三者协调统一，提供了一种重载车轮的淬火冷却装置，还提供了一种重载车轮热处理工艺，通过新型热处理手段，使得车轮同时获得高硬度、高韧性、高塑性，且组织仍为细珠光体+少量铁素体，从而提高重载车轮综合性能、延长屈役寿命，具有非常明显的经济效益和社会效益。